5GC基础自学系列 | 基于N2接口的基本切换流程

Posted 2022-04-06 COCOgsta

视频来源：51学通信《5G核心网基础、协议与信令流程》

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附上汇总贴：5GC基础自学系列 | 汇总 - 知乎 (zhihu.com)

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基于N2接口的跨gNB基本切换流程概述

5GC中基于N2接口的跨gNB基本切换流程类似于EPC中的基于S1接口的跨eNodeB切换流程。（规范中叫Inter NG-RAN node N2 based handover流程）

主要触发过程如下：

1）UE已经在5G注册并建立了一个PDU会话并且正在上网， 并且已经通过源gNB接入到5GC。

2）UE发生位置移动， 离开源gNB服务的小区， 即将进入新的目标gNB所在的服务小区。

3）此时， UE发送测量报告给源gNB。gNB根据测量报告结果， 走N2接口通知源AMF发起本流程。

本场景中哪些网元发生了变化？

• gNB会变
• AMF可以不变、可以变。
• UPF可以变、可以不变。
• SMF不变。

N2基本切换流程涉及的规范和子流程

N2基本切换流程涉及的主要规范：

• 23502：5GC信令流程
• 23501：5GC架构
• 38300：NG-RAN概述
• 29244：PFCP协议
• 38413：NGAP协议
• 29518：AMF服务
• 29502：SMF服务
• 38331：NR的RRC

3GPP规范中的N2-based切换流程 - 准备阶段

3GPP规范中的N2-based切换流程 - 执行阶段

规范信令流程图中的“小遗憾”

规范中列出的信令流程图优点是大而全面，但也有小遗憾。主要体现在：

• 并没有结合具体的场景来介绍。例如图中的AMF和SMF是在哪里。拜访地归属地？
• 图中没有加入协议和主要消息和参数的说明，而是通过图后的文字说明，不能一目了然。
• 23502只讲宏观上的流程，具体细节得人工打开多个规范对照学习。
• 图中箭头上的文字其实并不是消息的名称，例如第4步写的是：Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext Request， 但实际上真正的消息名称是HTTP2 POST：/nsmf-pdusession/v1/sm-contexts/smContextRef/modify。这容易引起学习的困惑（因为和抓包、信令log对不上）， 或者说需要手工翻译。
• 规范是把多种场景画在一个图里来介绍的。这导致有些步骤是在某些特定场景下才有， 并非所有场景都有该步骤。例如准备阶段的AMF可能重选也可能不重选， 如果不发生重选，准备阶段的第2、3、12步以及执行阶段很多步骤都不会有。

场景定制背景说明

前提假设：由于5G现网可能要做大区制，具体以运营商规划为准。这里我们只是做一些猜想。

本信令流程我们假设的是用户坐高铁的场景，那大区制下本流程可能涉及三个省。我们假设西部大区内有云南、贵州等省，大区中心在四川。

猜想一：AMF、SMF都在大区中心。UPF在各省内部署

• 此场景下， 不需要T-AMF但需要选择T-UP F。UPF（PSA）提供N6接口，可以直达外部DN网络。通常用于边缘计算场景， 本场景为人网场景， 不一定有专用PSA因此本例我们假设源UPF和UPF（PSA）是合设的。这时候有些步骤是没有的，如准备阶段的第2、3、12步。

猜想二：AMF、UPF在各省内部署、SMF都在大区中心

• 此场景下， 需要选择T-AMFF和T-UPF。此种部署方案在现网出现概率不高， 因为AMF和SMF通常部署在一起。但为更全面的讲解信令流程，我们基于猜想二来进行讲解。

定制化介绍的N2基本切换流程

基于以上“小遗憾”对规范中基本N2切换流程进行了定制化。

主要包括：

• 加入场景介绍。并标明了接口的协议和主要消息、参数。
• 结合国内EPC部署经验， 去掉不太可能在5GC中部署或早期部署的流程。使之更接

近国内运营商实际网络。

定制化的N2基本切换流程的场景如下：

• 假设用户乘坐高铁连续上网，到了跨省边界（云南→贵州）云南和贵州有各自的AMF、UPF和gNB。因为是跨省， 所以省间gNodeB之间可能没有Xn接口。只能通过N2完成切换。

• 切换前， UE在云南已经建立了一个PDU会话， 由云南AMF、四川SMF和云南UPF服务。
• 此时，高铁即将进入贵州境内，即到贵州的信号越来越好，和云南侧的信号越来越弱。UE发送测量报告给云南gNB， 并通过N2发给云南AMF触发了N2切换流程。

切换流程的通用三部曲

1）切换准备（资源预留）

2）切换执行（赶人、、走人）

3）切换完成（完全打通用户面通道）

N2切换流程 - 准备阶段

N2切换流程 - 执行和完成阶段

用户平面切换回顾与总结

注：由于本场景举例是不支持直接转发（即源gNodeB和目标gNB之间直接转发用户平面数据）。

因此各阶段的上下行数据是这样的：

一 切换前：

1 上行：UE→源gNB→源UPF→PSA→Internet

2 下行：Internet→PSA→源UPF→源gNB

二 切换执行阶段：

1 上行：UE→源gNB→源UPF→PSA→Internet

2 下行：Internet→PSA→源UPF→源gNB→源UPF→目标UPF→目标gNB→UE

三 切换完成阶段：

1 上行：UE→目标gNB→目标UPF→PSA→Internet

2 下行：Internet→PSA→目标UPF→目标gNB→UE